砷是自然界中常见的有毒致癌性元素，为农业水 环境中重要的污染元素。其含量虽然低，但其生态污 染效应非常严重。环境中含有多种砷的化学形态，砷 的毒性、环境效应及在生物体中的积累与其化学形态 有关^{[1, 2]}。在环境中砷主要以AsⅢ、砷酸盐（AsⅤ）、一 甲基砷酸（MMA）和二甲基砷酸（DMA）的形态存在^[3]。 不同形态的砷毒性相差甚远。研究发现，无机态砷的 毒性大于有机态砷，且无机态砷中的三价砷的毒性是 五价砷的60 倍，是甲基砷（如一甲基砷酸和二甲基砷 酸）毒性的70 倍^[4]。因此检测环境样品中不同形态砷 含量对了解砷在环境中的行为，正确评价对环境的影 响及设计其分析检测方案和治理方法均具有重要的 意义^[5]。

近年来，随着分析化学技术的不断发展，砷的化学形态分析方法取得了长足的进步。利用高效分离和 精确检测的联用技术成为砷形态分析的主要方法。目 前常用的分离技术有溶剂萃取法、氢化物发生法、色 谱法。其中溶剂萃取法对不同砷化物需要更换试剂， 操作复杂^[6]。氢化物发生法的整个分析过程耗时较长^[7]。 色谱法是最近发展起来的可以同时分离无机和有机 砷化物的强有力工具，其中液相色谱因具有较好且高 效的分离能力而被广泛地应用于环境样品中砷形态 的分离研究中^{[8, 9, 10]}。不同形态砷经过分离后通常采用紫 外光谱（UV）、电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）、 石墨炉原子吸收（GF-AAS）、原子荧光光度计（AFS） 等检测器进行分析。然而由于UV灵敏度不高，且和 GF-AAS 检测时均需要加入反应试剂，造成前处理步 骤烦琐耗时；AFS虽然是常见的As检测方法，但检测 灵敏度不及ICP-MS，ICP-MS 已成为形态分析的主 要技术^[11]。上述方法中，液相色谱与ICP-MS 联用技 术具有分离效果好、检测限低、动态线性范围宽等优 点而被认为是最有前景的检测方法，且被广泛地应用 于各研究领域^[12]。农田水环境中砷的形态分布状况直 接影响着农业土壤及农产品的质量安全，测定其砷形 态含量具有重要意义。然而将HPLC-ICP-MS用于农 田水环境样品测试方法的研究却很少见，因此有必要 对其进行系统研究。 1 材料与方法 1.1 仪器及工作参数

ELAN DRC-Ⅱ型电感耦合等离子体质谱仪（美 国Pekin Elmer 公司），RF功率为1 200 W，等离子气、 辅助气、雾化器流量分别为15.0、1.20、0.89 L·min^-1， 扫描方式为跳峰，采样锥与截取锥的材质为镍；Milli- Q超纯水机（美国Millipore 公司）；高效液相色谱仪 K-501（Lumtech公司）；分离柱为离子色谱柱IonPac AS19 分析柱（250 mm×4 mm），IonPanc AG19 保护柱 （50 mm 伊4 mm），均为美国Dionex 公司产品。 1.2 试剂

砷形态标准溶液：As（Ⅲ）、As（Ⅴ）、MMA、DMA分 别用三氧化二砷（Aldrich 公司，99.995%）、五氧化二 砷（Aldrich 公司，99.99%）、一甲基砷酸钠（Fluka 公 司，99. 5%）、二甲基砷酸（Fluka 公司，99%）配置而 成；流动相：氢氧化钾（德国Merck 公司，优级纯）； ICP-MS 调谐液：介质为1%硝酸，内含10 μg·L^-1的 Mg、Cu、Rh、Cd、In、Ba、Ce、Pb、U，美国Perkin-Elmer 公司产品。 1.3 实际水样的采集

从宁夏不同地区的30 个农田水渠中采集水样储 存于聚乙烯塑料瓶中密封好。具体采样方法为：直接 用容器伸入水面下0.3~0.5 m 左右处采集水样500 mL，每个水渠采集7 个点，充分混匀后分装到500 mL聚乙烯塑料瓶中，并于采样当日运回实验室并迅 速保存在4 ℃冰箱中。采样后第2 d进行砷形态含量 的分析。 1.4 实验方法 1.4.1 校准曲线线性范围、检出限与重现性

配制As（Ⅲ）、As（Ⅴ）、MMA、DMA标准溶液，范围 为1.0、5.0、10、25、50、100、200、300 μg·L^-1，分别注入 HPLC-ICP-MS 系统，用于作工作曲线并估算检测下 限（3δ法）。使用购自中国计量科学研究院的标准物质 GBW08668（MMA）、GBW08669（DMA）、GBW08667（As 吁）、GBW08666（AsⅢ）检测实验方法的准确性，并连 续7次注入系统，用以测试系统重现性。 1.4.2 加标回收率

选择一实际废水样品，分别向其加入低、中、高3 种不同浓度的砷化合物混合标准，按照所建方法进行 分析，测定加标回收率，用于验证本研究建立方法分 析实际样品的适用性。 1.4.3 实际样本分析

为了确认基于HPLC-ICP-MS 系统的实用性，将 采集的实际水样进行分析。将水样直接用0.45 μm的 滤膜过滤后注入HPLC-ICP-MS 系统，定量方式以所 得波峰面积算出各样品中砷形态的含量，用3 次样品 注射所得平均值表示。 2 结果与讨论 2.1 色谱分离条件的选择

选用IonPac AS19 阴离子分析色谱柱（250 mm×4 mm），选择组成简单的氢氧化钾为流动相，对色谱分 离条件进行优化。结果表明，流动相氢氧化钾溶液浓 度的改变，不影响4 种形态砷出峰顺序，但影响其在 离子交换柱上的保留时间。浓度越大，分析时间越短； 反之，分析时间变长。当采用20 mmol·L^-1的氢氧化钾 为流动相时，砷的4 种形态均可明显分离开，但整个 分析时间较长，将近30 min。氢氧化钾浓度为30 mmol·L^-1时，分离效果也很好，整个分析时间为12 min。氢氧化钾浓度为40 mmol·L^-1时，虽然保留时间 缩短，但As（Ⅲ）、DMA、MMA 不能完全分离开（表 1）。 通过实验条件的优化，选择30 mmol·L^-1 的氢氧化钾为流动相。砷形态的标准谱图见图 1。

表 1 流动相浓度对各形态砷保留时间的影响 Table 1 The effect of mobile phase on the retention time

表选项

图 1 4种砷形态的标准色谱图 Figure 1 Standard chromatogram of arsenic species

图选项

分别配制1.0、5.0、10、25、50、100、200、300 μg·L^-1 的4 种形态砷的混合标准溶液，在己确定的实验方 法条件下进行分析测定，4 种形态砷在以上浓度范 围内呈线性关系，且相关系数均大于0.999 0（表 2）。 但在实际测定样品过程中，根据样品含量，工作曲线 范围通常选择1.0~100 μg·L^-1，方法检出限为0.7~0.9 μg·L^-1。

表 2 方法的线性与检出限 Table 2 The linear and detection limit of the method

表选项

使用购自中国计量科学研究院的标准物质GBW 08668（MMA）、GBW08669（DMA）、GBW08667（AsⅢ）、GBW08666（AsⅤ）检测试验方法的准确性。测定结果 见表 3，均在参考值范围之内，说明本研究建立的方 法适用。

表 3 方法的准确性 Table 3 The accuracy of the method

表选项

由于农业水环境样品中很难找到4 种形态砷都 存在的样品，因此,本研究在实际样品中分别加入了 不同质量浓度的混合标准物质，制备成模拟的高、中、 低3个不同砷浓度的水样品。按照建立的实验条件分 析各形态砷的含量，平行重复测定7 次，计算其相对 标准偏差（RSD）。结果表明，本研究建立的方法测得 的3 个样品中不同形态砷浓度值的精密度较好，RSD 均小于5%（表 4）。

表 4 方法的精密度（n=7） Table 4 The precision of the method（n=7）

表选项

选择一份农业废水样品，分别向其加入低、中、高 3 种质量浓度的各形态砷混合标准溶液，按照本研究 建立的方法进行测定，计算实际样品的加标回收率。 测定结果表明，不同加标水平下As（Ⅲ）的加标回收 率为96.1%~112%，DMA 的加标回收率为95.0%~ 112%，MMA 的加标回收率为94.7%~104%，As（Ⅴ）的 加标回收率为80.0%~109%（表 5）。

表 5 实际水样品的加标回收率 Table 5 The recovery of standard addition in the water sample

表选项

采用已建立的方法对实际样品进行测定。结果发 现，不同形态砷的出峰时间有一定程度漂移。通过对 实际样品加标回收进行6 次测定，4 种形态砷保留时 间的RSD均小于3.5%，且小于0.2 min，说明该方法 可用于实际样品砷形态的定性与定量分析。

已有研究表明，氯可与ICP-MS 等离子体中氩气形成⁷⁵ArCl 分子离子，严重干扰⁷⁵As 的测定，因此实 际样品中砷测定的主要干扰为氯。但在样品中氯通常 以离子形式存在，当样品通过离子色谱柱时，所有离 子均有可能与色谱柱作用，且保留时间可能不同。在 此条件下含氯物种与4 种As 形态的保留时间不同， 有效避免氯对As形态的影响^[2]。在本研究中亦采用离 子色谱柱，且通过比较DRC 模式（反应池模式，反应 气为甲烷）与标准模式下测定加标回收样品的结果，发 现无显著性差异。因此表明采用已建立的方法测定实 际样品时，氯未对砷形态分析产生显著的干扰。

宁夏不同地区农田水渠中采集废水样品的测定 结果见表 6。结果表明该地区水渠中砷的主要存在形 态为As（Ⅲ），其次为As（Ⅴ）。DMA 和MMA 均未被 检测到。说明该地区农田水渠受污染的时间不长，生 物降解作用还不充分，这与安艳等^[8]关于地表水砷形 态的分析结论相一致。

表 6 实际农业废水样品中4 种形态砷的含量（μg·L^-1） Table 6 The content of arsenic species in the waste water samples of agricultural environment（μg·L^-1）

表选项

（1）本实验使用HPLC-ICP-MS 系统分析有机砷 和无机砷的4种形态，确定了以离子色谱柱（IonPacAS19） 为分析柱，30 mmol·L^-1 KOH为流动相等分析条件。该 分析方法线性范围宽（1~300 μg·L^-1）、检出限低（0.7~ 0.9 μg·L^-1）、重复性好，RSD均小于5%，且准确度高。

（2）通过样品加标回收及实际农业废水样品的测 定，表明该方法在实际样品测定中具有良好的精密度 与灵敏度，避免了氯对测定的干扰，在农业废水中有 机砷和无机砷形态的定性与定量分析中具有良好的 应用前景。

（3）实际样品的测定结果显示，农田废水中砷的 主要存在形态为As（Ⅴ），其次为As（Ⅲ）。